CN108842130A - 一种利用球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子表面改性的方法 - Google Patents

一种利用球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子表面改性的方法 Download PDF

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Abstract

一种利用球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子表面改性的方法，它涉及一种对球面滚子表面进行改性的方法。本发明的目的是要解决使用现有工装对球面滚子进行改性时球面滚子的摆放密集，影响气氛充分流动，球面滚子与工装之间接触面过大，导致渗层不均匀和同批次球面滚子的渗层不均匀的问题。方法：一、使用钢材料加工刃型支架；二、组装球面滚子化学热处理专用工装；三、将多个球面滚子放置在球面滚子化学热处理专用工装上；四、利用表面改性设备对球面滚子化学热处理专用工装上的多个球面滚子进行表面改性，得到表面改性后的球面滚子。本发明适用于对球面滚子表面改性。

Description

一种利用球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子表面改性 的方法
技术领域
本发明涉及球面滚子工装及化学热处理领域。
背景技术
滚动轴承零件的渗碳/氰化技术通常应用于套圈的渗碳/氰化处理，球面滚子渗碳/氰化的效果始终达不到技术的要求，因此球面滚子渗碳或氰化处理未得到应用，存在的技术问题具体如下：
(1)球面滚子的摆放密集，影响气氛充分流动，导致遮挡面的渗碳/氰化不充分；
(2)球面滚子与球面滚子之间，球面滚子与工装之间接触面过大，导致同一球面滚子渗层不均匀；
(3)料筐深度至少为球面滚子高度的几倍以上，影响筐壁附近球面滚子的渗碳/氰化效果，导致同批次球面滚子渗层的不均匀；
同时，滚动轴承的滚动体球面滚子有氮化处理的需求，但由于工装等技术的限制，使滚动体氮化的效果始终达不到技术的要求，因此滚动体氮化处理未得到应用，存在的技术问题具体如下：
(1)球面滚子的摆放密集，影响气氛充分流动，导致接触面和遮挡面的氮化不充分；
(2)球面滚子之间，球面滚子与工装之间接触面过大，导致同一球面滚子氮化层不均匀；
(3)料筐深度至少为球面滚子高度的几倍以上，影响筐壁附近球面滚子的氮化效果，导致同批次球面滚子氮化层的不均匀。
发明内容
本发明要解决现有使用现有工装对球面滚子进行改性时球面滚子的摆放密集，影响气氛充分流动，球面滚子与工装之间接触面过大，导致渗层不均匀和同批次球面滚子的渗层不均匀的技术问题，而提供一种利用球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子表面改性的方法。
一种利用球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子表面改性的方法，是按以下步骤完成的：
一、采用钢材料加工刃型支架；
步骤一中所述的刃型支架的截面为钝角三角形；
二、将两个刃型支架平行并列设置在表面改性设备的工作区域内，且两个刃型支架的刃口相对设置，两个刃型支架中相对的刀刃面为倾斜面，与水平面之间的夹角为α，α小于等于90°；调整两个刃型支架刃口之间的距离，使球面滚子放置在两个刃型支架之间，且与两个刃型支架刃口接触，得到球面滚子化学热处理专用工装；
三、将多个球面滚子放置在球面滚子化学热处理专用工装上，且每两个球面滚子之间的距离≥30mm；
四、利用表面改性设备对球面滚子化学热处理专用工装上的多个球面滚子进行表面改性，得到表面改性后的球面滚子，即完成一种利用球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子表面改性的方法；
步骤四中所述的表面改性为氮化处理、渗碳处理或氰化处理；
其中所述的表面改性为渗碳处理时，步骤一中所述的钢材料为Cr4Mo4V、W9Cr4V2Mo、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、Cr25Ni20Si、M50和M50NiL中的一种或其中几种的合金；
所述的表面改性为氮化处理时，步骤一中所述的钢材料为GCr15、GCr15SiMn、38CrMoAl、35Cr2Ni4MoA、32Cr3MoE、M50和M50NiL中的一种或其中几种的合金；
所述的表面改性为氰化处理时，步骤一中所述的钢材料为Cr4Mo4V、W9Cr4V2Mo、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、Cr25Ni20Si、M50和M50NiL中的一种或其中几种的合金。
本发明的有益效果是：
一、采用本发明的方法，虽然球面滚子与刃形支架之间仍为点接触，因刃形支架的刃口尖锐，接触点小，接触点周围渗入的活性碳、碳与氮原子因碳、碳与氮浓度梯度的原因，快速扩散至接触点位置，保证了接触点处的渗碳或氰化工艺过程中的渗层一致性问题；
二、采用本发明的方法，虽然球面滚子与刃形支架之间仍为点接触，因刃形支架的刃口尖锐，接触点小，接触点周围渗入的活性氮原子因氮浓度梯度的原因，快速扩散至接触点位置，保证了接触点处的氮化工艺过程中的渗层一致性问题；
三、采用本发明的球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子进行表面改性，减少了待渗球面滚子的几何空间屏蔽效应，保证渗碳或氰化气氛的充分流动，使球面滚子充分与渗碳/氰化气氛接触，保证改性后的球面滚子的渗层深度均匀；
四、采用本发明的球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子进行表面改性，减少了待处理球面滚子的几何空间屏蔽效应，保证氮化气氛的充分流动，使球面滚子充分与氮化气氛接触，保证了改性后的球面滚子的氮化层深度均匀；
五、本发明利用球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子氮化处理，球面滚子的渗层为0.1mm～0.14mm，氮化均匀性为±0.02mm；
六、本发明利用球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子渗碳处理或氰化处理，球面滚子的渗层为0.9mm～1mm，渗层均匀性为±0.05mm。
本发明球面滚子化学热处理专用工装用于对球面滚子表面改性。
附图说明
图1为实施例一步骤一中所述的刃型支架的正视图；
图2为实施例一步骤一中所述的刃型支架的俯视图；
图3为实施例一步骤三中将两个球面滚子放置在球面滚子化学热处理专用工装上的正视图，1为刃型支架，2为球面滚子；
图4为实施例一步骤三中将两个球面滚子放置在球面滚子化学热处理专用工装上的俯视图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种利用球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子表面改性的方法，是按以下步骤完成的：
一、采用钢材料加工刃型支架；
步骤一中所述的刃型支架的截面为钝角三角形；
二、将两个刃型支架平行并列设置在表面改性设备的工作区域内，且两个刃型支架的刃口相对设置，两个刃型支架中相对的刀刃面为倾斜面，与水平面之间的夹角为α，α小于等于90°；调整两个刃型支架刃口之间的距离，使球面滚子放置在两个刃型支架之间，且与两个刃型支架刃口接触，得到球面滚子化学热处理专用工装；
三、将多个球面滚子放置在球面滚子化学热处理专用工装上，且每两个球面滚子之间的距离≥30mm；
四、利用表面改性设备对球面滚子化学热处理专用工装上的多个球面滚子进行表面改性，得到表面改性后的球面滚子，即完成一种利用球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子表面改性的方法；
步骤四中所述的表面改性为氮化处理、渗碳处理或氰化处理；
其中所述的表面改性为渗碳处理时，步骤一中所述的钢材料为Cr4Mo4V、W9Cr4V2Mo、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、Cr25Ni20Si、M50和M50NiL中的一种或其中几种的合金；
所述的表面改性为氮化处理时，步骤一中所述的钢材料为GCr15、GCr15SiMn、38CrMoAl、35Cr2Ni4MoA、32Cr3MoE、M50和M50NiL中的一种或其中几种的合金；
所述的表面改性为氰化处理时，步骤一中所述的钢材料为Cr4Mo4V、W9Cr4V2Mo、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、Cr25Ni20Si、M50和M50NiL中的一种或其中几种的合金。
本实施方适用于对球面滚子表面改性。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中球面滚子放置在两个刃型支架之间，且与两个刃型支架刃口接触的方式为点接触。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤三中每两个球面滚子之间的距离为30mm～100mm。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤三中每两个球面滚子之间的距离为30mm～50mm。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤四中所述的氮化处理的工艺如下：氮化处理使用的表面改性设备为气体氮化炉，首先在低于150℃下向气体氮化炉内通入氨气，然后对气体氮化炉进行排气，使气体氮化炉内的氨气体积达到90％，再在氨气气氛下将气体氮化炉升温至500℃～520℃，再在氨气气氛和温度为500℃～520℃的条件下保温50h～60h，再随炉冷却至150℃以下出炉，即完成氮化处理。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤四中所述的氮化处理的工艺如下：氮化处理使用的表面改性设备为气体氮化炉，首先在低于150℃下向气体氮化炉内通入氨气，通气时间为25min～35min，再在氨气气氛下将气体氮化炉升温至500℃～520℃，再在氨气气氛和温度为500℃～520℃的条件下保温50h～60h，再随炉冷却至150℃以下出炉，即完成氮化处理。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤四中所述的渗碳处理的工艺如下：渗碳处理使用的表面改性设备为Ipsen真空渗碳炉，首先向Ipsen真空渗碳炉中通入氮气，再在氮气气氛下将Ipsen真空渗碳炉加热至740℃～760℃，再在氮气气氛、温度为740℃～760℃下保持25min～35min，再将Ipsen真空渗碳炉升温至890℃～910℃，再向Ipsen真空渗碳炉中通入乙炔气体，再在乙炔气氛和温度为890℃～910℃的条件下保温4h～6h，再随炉冷却至60℃以下出炉，即完成渗碳处理。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：通入乙炔气体的流量为1000L/h。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤四中所述的氰化处理的工艺如下：氰化处理使用的表面改性设备为井式炉，首先向井式炉中通入煤油和氨气，井式炉中炉压为0.1MPa，在氨气气氛下将井式炉从室温升温至830℃～850℃，再在氨气气氛、温度为830℃～850℃下保温4h～5h，再随炉冷却至150℃以下出炉，即完成氰化处理。其它与具体实施方式一至八之相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：煤油的通入量为10mL/min。其它与具体实施方式一至九之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种利用球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子表面改性的方法是按以下步骤完成的：
一、使用钢材料加工刃型支架；
步骤一中所述的钢材料为GCr15；
步骤一中所述的刃型支架的截面为钝角三角形；钝角三角形的三个角分别为30°、135°和15°；
二、将两个刃型支架平行并列设置在表面改性设备的工作区域内，且两个刃型支架的刃口相对设置，两个刃型支架中相对的刀刃面为倾斜面，与水平面之间的夹角为α，α为45°；调整两个刃型支架刃口之间的距离，使球面滚子放置在两个刃型支架之间，且与两个刃型支架刃口进行点接触，得到球面滚子化学热处理专用工装；
三、将两个球面滚子放置在球面滚子化学热处理专用工装上，两个球面滚子之间的距离为50mm；
四、利用表面改性设备对球面滚子化学热处理专用工装上的两个球面滚子进行表面改性，得到表面改性后的球面滚子，即完成一种利用球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子表面改性的方法；
步骤四中所述的表面改性为氮化处理，氮化处理的工艺如下：氮化处理使用的表面改性设备为气体氮化炉，首先在室温下向气体氮化炉内通入氨气，对气体氮化炉进行排气，向气体氮化炉内通气30min，再在氨气气氛下将气体氮化炉升温至510℃，再在氨气气氛和温度为510℃的条件下保温55h，再随炉冷却至150℃以下出炉，即完成氮化处理。
实施例一步骤三中所述的球面滚子的材质为W9Cr4V2Mo。
实施例一中表面改性后的球面滚子的渗层均匀性为±0.02mm，渗层均匀性较好。
图1为实施例一步骤一中所述的刃型支架的正视图；
图1中α为45°，β为30°。
图2为实施例一步骤一中所述的刃型支架的俯视图；
图3为实施例一步骤三中将两个球面滚子放置在球面滚子化学热处理专用工装上的正视图，1为刃型支架，2为球面滚子；
图4为实施例一步骤三中将两个球面滚子放置在球面滚子化学热处理专用工装上的俯视图。

Claims (10)

1.一种利用球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子表面改性的方法，其特征在于该方法是按以下步骤完成的：
一、采用钢材料加工刃型支架；
步骤一中所述的刃型支架的截面为钝角三角形；
二、将两个刃型支架平行并列设置在表面改性设备的工作区域内，且两个刃型支架的刃口相对设置，两个刃型支架中相对的刀刃面为倾斜面，与水平面之间的夹角为α，α小于等于90°；调整两个刃型支架刃口之间的距离，使球面滚子放置在两个刃型支架之间，且与两个刃型支架刃口接触，得到球面滚子化学热处理专用工装；
三、将多个球面滚子放置在球面滚子化学热处理专用工装上，且每两个球面滚子之间的距离≥30mm；
四、利用表面改性设备对球面滚子化学热处理专用工装上的多个球面滚子进行表面改性，得到表面改性后的球面滚子，即完成一种利用球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子表面改性的方法；
步骤四中所述的表面改性为氮化处理、渗碳处理或氰化处理；
其中所述的表面改性为渗碳处理时，步骤一中所述的钢材料为Cr4Mo4V、W9Cr4V2Mo、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、Cr25Ni20Si、M50和M50NiL中的一种或其中几种的合金；
所述的表面改性为氮化处理时，步骤一中所述的钢材料为GCr15、GCr15SiMn、38CrMoAl、35Cr2Ni4MoA、32Cr3MoE、M50和M50NiL中的一种或其中几种的合金；
所述的表面改性为氰化处理时，步骤一中所述的钢材料为Cr4Mo4V、W9Cr4V2Mo、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、Cr25Ni20Si、M50和M50NiL中的一种或其中几种的合金。
2.根据权利要求1所述的一种利用球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子表面改性的方法，其特征在于步骤二中球面滚子放置在两个刃型支架之间，且与两个刃型支架刃口接触的方式为点接触。
3.根据权利要求1所述的一种利用球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子表面改性的方法，其特征在于步骤三中每两个球面滚子之间的距离为30mm～100mm。
4.根据权利要求1或3所述的一种利用球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子表面改性的方法，其特征在于步骤三中每两个球面滚子之间的距离为30mm～50mm。
5.根据权利要求1所述的一种利用球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子表面改性的方法，其特征在于步骤四中所述的氮化处理的工艺如下：氮化处理使用的表面改性设备为气体氮化炉，首先在低于150℃下向气体氮化炉内通入氨气，然后对气体氮化炉进行排气，使气体氮化炉内的氨气体积达到90％，再在氨气气氛下将气体氮化炉升温至500℃～520℃，再在氨气气氛和温度为500℃～520℃的条件下保温50h～60h，再随炉冷却至150℃以下出炉，即完成氮化处理。
6.根据权利要求1所述的一种利用球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子表面改性的方法，其特征在于步骤四中所述的氮化处理的工艺如下：氮化处理使用的表面改性设备为气体氮化炉，首先在低于150℃下向气体氮化炉内通入氨气，通气时间为25min～35min，再在氨气气氛下将气体氮化炉升温至500℃～520℃，再在氨气气氛和温度为500℃～520℃的条件下保温50h～60h，再随炉冷却至150℃以下出炉，即完成氮化处理。
7.根据权利要求1所述的一种利用球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子表面改性的方法，其特征在于步骤四中所述的渗碳处理的工艺如下：渗碳处理使用的表面改性设备为Ipsen真空渗碳炉，首先向Ipsen真空渗碳炉中通入氮气，再在氮气气氛下将Ipsen真空渗碳炉加热至740℃～760℃，再在氮气气氛、温度为740℃～760℃下保持25min～35min，再将Ipsen真空渗碳炉升温至890℃～910℃，再向Ipsen真空渗碳炉中通入乙炔气体，再在乙炔气氛和温度为890℃～910℃的条件下保温4h～6h，再随炉冷却至60℃以下出炉，即完成渗碳处理。
8.根据权利要求7所述的一种利用球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子表面改性的方法，其特征在于通入乙炔气体的流量为1000L/h。
9.根据权利要求1所述的一种利用球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子表面改性的方法，其特征在于步骤四中所述的氰化处理的工艺如下：氰化处理使用的表面改性设备为井式炉，首先向井式炉中通入煤油和氨气，井式炉中炉压为0.1MPa，在氨气气氛下将井式炉从室温升温至830℃～850℃，再在氨气气氛、温度为830℃～850℃下保温4h～5h，再随炉冷却至150℃以下出炉，即完成氰化处理。
10.根据权利要求9所述的一种利用球面滚子化学热处理专用工装对球面滚子表面改性的方法，其特征在于煤油的通入量为10mL/min。
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